CN222119404U - 一种电解水制氢用双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解水制氢用双极板，包括：极框和双极板本体，极框设在双极板本体的外周侧，且极框和双极板本体为一体结构；双极板本体的相对两侧面均开设有若干流道，若干流道为“Λ”型三维结构，若干流道朝向同一方向且非均匀对称分布。本实用新型的电解水制氢用双极板，通过设计“Λ”型三维结构的流道，提高了对流经双极板本体的电解液和气体的扰动程度，减小了流道内各处的电解液浓度差和气体浓度差，使电解液和气体分布更加均匀，不仅提高了电解水制氢的效率，而且对电解槽的损耗较低，提高了电解槽的使用寿命，有利于电解槽的长期稳定运行。

Description

一种电解水制氢用双极板

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢用双极板。

背景技术

电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法，在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。电解槽的结构决定了电解液的流动分布，对电解产氢过程的效率有重要影响。双极板是电解槽的核心零部件之一，其作用是传导电子，使电解电流密度更均匀，减小接触电阻，增大电流密度，降低制氢能耗。双极板位于一个完整的电解小室的两端，形成了阴极区域和阳极区域碱液流动的腔室，实现了阴极碱液和阳极碱液的分流，一定程度上减少了氢中氧和氧中氢的含量，保证了电解槽运行的安全性。

双极板上一般设计有流道，以供电解液和气体的流动。但是，目前常见的流道为平行流道或蛇形流道，电解液和气体在其内的分布性较差，导致流道内各处电解液和气体浓度差较大，从而降低了电解水制氢的效率，且不利于电解槽的长期稳定运行。

实用新型内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种电解水制氢用双极板，能够实现电解液和气体的均匀分布，从而提高电解水制氢效率，以及电解槽的使用寿命。

根据本实用新型的目的所提供的技术方案如下：

一种电解水制氢用双极板，包括：极框和双极板本体，极框设在双极板本体的外周侧，且极框和双极板本体为一体结构；

双极板本体的相对两侧面均开设有若干流道，若干流道为“Λ”型三维结构，若干流道朝向同一方向且非均匀对称分布。

进一步地，双极板包括阳极双极板和阴极双极板，阳极双极板和阴极双极板的流道中心对称设置。

进一步地，阳极双极板的双极板本体开设有阳极进样口、阳极进样导流通道、阳极出样导流通道和阳极出样口，阳极进样口和阳极出样口间隔设在若干流道的外周侧，且阳极进样口通过阳极进样导流通道与若干流道连通，阳极出样口通过阳极出样导流通道与若干流道连通；

阴极双极板的双极板本体开设有阴极进样口、阴极进样导流通道、阴极出样导流通道和阴极出样口，阴极进样口和阴极出样口间隔设在若干流道的外周侧，且阴极进样口通过阴极进样导流通道与若干流道连通，阴极出样口通过阴极出样导流通道与若干流道连通。

进一步地，阳极进样口与阴极进样口、阳极进样导流通道与阴极进样导流通道、阳极出样导流通道与阴极出样导流通道、阳极出样口与阴极出样口均相对设置。

进一步地，若干流道的外周侧设有阻挡部，阳极双极板的阻挡部与阳极进样口相对设置，阴极双极板的阻挡部与阴极进样口相对设置；

阳极出样口靠近阳极双极板的阻挡部设置，阴极出样口靠近阴极双极板的阻挡部设置。

进一步地，流道的深度自“Λ”型三维结构的顶端至尾端逐渐增加，阳极进样口和阴极进样口靠近若干流道的“Λ”型三维结构的顶端设置，阳极出样口和阴极出样口靠近若干流道的“Λ”型三维结构的尾端设置。

进一步地，阳极进样导流通道、阴极进样导流通道、阳极出样导流通道与阴极出样导流通道均为直通道、变截面直通道、蛇形通道、点阵通道中的至少一种。

进一步地，阳极进样导流通道、阳极出样导流通道、阴极进样导流通道和阴极出样导流通道均设有若干条，且均朝向若干流道呈发散状设置。

进一步地，极框开设有若干螺孔，若干螺孔间隔设在双极板本体的周侧。

进一步地，螺孔和/或双极板本体的周侧设有密封结构。

进一步地，沿着流道的顶端朝向的方向，若干流道平行间隔设有若干排。

进一步地，每排设有至少一个流道。

有益效果：

本实用新型的电解水制氢用双极板，通过设计“Λ”型三维结构的流道，提高了对流经双极板本体的电解液和气体的扰动程度，减小了流道内各处的电解液浓度差和气体浓度差，使电解液和气体分布更加均匀，不仅提高了电解水制氢的效率，而且对电解槽的损耗较低，提高了电解槽的使用寿命，有利于电解槽的长期稳定运行。

附图说明

图1为实施例中阳极双极板的结构示意图；

图2为实施例中阴极双极板的结构示意图；

图3为图1中A-A向剖视图。

附图标记：

1、极框；2、阳极进样口；3、阳极进样导流通道；4、阳极出样导流通道；5、阳极出样口；6、阴极进样口；7、阴极进样导流通道；8、阴极出样口；9、阴极出样导流通道；11、流道；12、螺孔；13、密封结构；14、阻挡部。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

本实施例提供一种电解水制氢用双极板，参阅图1，该双极板包括极框1和双极板本体，极框1设在双极板本体的外周侧，且极框1和双极板本体为一体结构。

具体地，参阅图1和图2，双极板包括阳极双极板和阴极双极板，阳极双极板和阴极双极板均包括极框1和双极板本体，且阳极双极板和阴极双极板的极框1均设在双极板本体的外周侧，同时，阳极双极板和阴极双极板的极框1和双极板本体也均为一体结构。

在本实施例中，极框1和双极板本体的一体结构并非二者本身为一个整体，而是通过将极框1和双极板本体进行焊接而构成一体结构。

参阅图1、图2和图3，阳极双极板和阴极双极板的双极板本体的相对两侧面均开设有若干流道11，若干流道11为“Λ”型三维结构，且若干流道11朝向同一方向设置，并且若干流道11非均匀对称分布。本实施例的电解水制氢用双极板，通过设计“Λ”型三维结构的流道11，以对电解液和气体进行分流，提高了对流经双极板本体的电解液和气体的扰动程度，改善了现有技术中中间流速大两侧流速小的问题，减小了流道11内各处的电解液浓度差和气体浓度差，使电解液和气体分布更加均匀，从而促进电解水过程中的离子交换，不仅降低了接触电阻，改善电解槽内的气压分布情况，提高了电流密度以及电解水制氢的效率，而且对电解槽的损耗较低，提高了电解槽的使用寿命，有利于电解槽的长期稳定运行。

需要说明的是，由于流道11为“Λ”型三维结构，因此“Λ”型三维结构的尖端即为流道11的顶端，相对应地，与尖端相对的另一端为流道11的尾端。对于若干流道11整体来说，非均匀对称分布是指沿着流道11的顶端朝向的方向，平行间隔设置有若干排流道11，每排设有至少一个流道11，但各排流道11的数量不一定相同。具体为，可以将各排流道11的数量设置一样，也可以根据对电解液和气体的分布情况在各排设计不同的流道11的数量。在本实施例中，越靠近双极板本体的中间区域，该排的流道11的数量较多，而两端部的各排中流道11的数量较少。由此，流道11可以在双极板本体整个区域铺满，可以保证电解液和气体大致流向相同，且能够均匀分散，以提高电解效率。

在此基础上，参阅图1，阳极双极板的双极板本体开设有阳极进样口2、阳极进样导流通道3、阳极出样导流通道4和阳极出样口5，阳极进样口2和阳极出样口5间隔设在若干流道11的外周侧，且阳极进样口2通过阳极进样导流通道3与若干流道11连通，阳极出样口5通过阳极出样导流通道4与若干流道11连通。参阅图2，阴极双极板的双极板本体开设有阴极进样口6、阴极进样导流通道7、阴极出样导流通道9和阴极出样口8，阴极进样口6和阴极出样口8间隔设在若干流道11的外周侧，且阴极进样口6通过阴极进样导流通道7与若干流道11连通，阴极出样口8通过阴极出样导流通道9与若干流道11连通。由此，对于阳极双极板，电解液从阳极进样口2经阳极进样导流通道3进入“Λ”型三维结构的流道11，在电解水的过程中，电解液和产生的氧气均匀沿流道11向阳极出样导流通道4和阳极出样口5流动。对于阴极双极板，电解液从阴极进样口6经阴极进样导流通道7进入“Λ”型三维结构的流道11，在电解水的过程中，电解液和产生的氢气均匀沿流道11向阴极出样导流通道9和阴极出样口8流动。

进一步地，参阅图1和图2，阳极双极板和阴极双极板的流道11中心对称设置，阳极进样口2与阴极进样口6、阳极进样导流通道3与阴极进样导流通道7、阳极出样导流通道4与阴极出样导流通道9、阳极出样口5与阴极出样口8均相对设置。此设置有利于进一步提高电解液和气体分布的均匀性，使得电解水效率得到了进一步地提高。

更进一步地，参阅图3，流道11的深度自“Λ”型三维结构的顶端至尾端逐渐增加，阳极进样口2和阴极进样口6靠近若干流道11的“Λ”型三维结构的顶端设置，阳极出样口5和阴极出样口8靠近若干流道11的“Λ”型三维结构的尾端设置。由此，电解液和气体在向出样口流动的过程中，受到的扰动程度更强，更加有利于电解液和气体的均匀分布，使得电解水制氢的效率进一步提高。

值得注意的是，此处的顶端和尾端是相对若干流道11整体而言。顶端为若干流道11的全部尖端朝向的方向，而相对的，与全部尖端相对的另一端为尾端。

参阅图1和图2，若干流道的外周侧设有阻挡部14，阳极双极板的阻挡部14与阳极进样口2相对设置，阴极双极板的阻挡部14与阴极进样口6相对设置。阳极出样口5靠近阳极双极板的阻挡部14设置，阴极出样口8靠近阴极双极板的阻挡部14设置。也就是说，阳极出样口5并不是直接与阳极进样口2相对设置，阴极出样口8也不是直接与阴极进样口6相对设置，由此，当电解液和气体进入流道11流动后，会被阻挡部14抵挡并折回，然后再流向阴极出样口8和阳极出样口5，进一步增加了对电解液和气体的扰动程度，更加有利于电解液和气体的均匀分布，使得电解水制氢的效率进一步提高。

需要说明的是，阳极进样导流通道3、阴极进样导流通道7、阳极出样导流通道4与阴极出样导流通道9均为直通道、变截面直通道、蛇形通道、点阵通道中的至少一种。在阳极进样导流通道3、阴极进样导流通道7、阳极出样导流通道4与阴极出样导流通道9中的至少一种为直通道时，电解液、气体等能够快速通过，有利于节省流动时间。在阳极进样导流通道3、阴极进样导流通道7、阳极出样导流通道4与阴极出样导流通道9中的至少一种为变截面直通道、蛇形通道或点阵通道时，能够提高对电解液和气体的扰动程度，使得分布更加均匀。

并且，阳极进样导流通道3、阳极出样导流通道4、阴极进样导流通道7和阴极出样导流通道9均设有若干条，且均朝向若干流道11呈发散状设置。由此设置，阳极进样导流通道3和阴极进样导流通道7可以快速将电解液分散进入若干流道11，使得电解液能够在流道11均匀流动。阳极出样导流通道4和阴极出样导流通道9可以通过发散状结构将电解液和气体逐快速汇聚在阳极出样口5和阴极出样口8，以便于后续电解液和气体的流动。

除此之外，本实施例的阳极双极板和阴极双极板的极框1开设有若干螺孔12，若干螺孔12间隔设在双极板本体的周侧。进行装配时，将阳极双极板和阴极双极板相对设置，通过螺栓穿过螺孔12进行固定即可。并且在双极板本体和/或螺孔12的周侧设有密封结构13，以提高电解槽的密封性能。由此，本实施例的双极板组装成电解槽时具有装配难度低、密封难度低的特点。

此处，密封结构13可为现有技术中常见的密封圈、密封垫片等密封结构。

而对于本实施例的双极板的材质，可以选择市面常见的碳钢镀镍、钛、镍中的任意一种，能够很好的实现电解水制氢。并且双极板的形状可根据需要设计为圆形、方形或其他不规则形状。

值得注意的是，本实施例的电解水制氢用双极板，可适用于AEM电解槽、ALK电解槽以及PEM电解槽中，适用范围广泛，局限性小。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种电解水制氢用双极板，其特征在于，包括：极框和双极板本体，所述极框设在所述双极板本体的外周侧，且所述极框和所述双极板本体为一体结构；

所述双极板本体的相对两侧面均开设有若干流道，若干所述流道为“Λ”型三维结构，若干所述流道朝向同一方向且非均匀对称分布。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述双极板包括阳极双极板和阴极双极板，所述阳极双极板和所述阴极双极板的所述流道中心对称设置。

3.根据权利要求2所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述阳极双极板的所述双极板本体开设有阳极进样口、阳极进样导流通道、阳极出样导流通道和阳极出样口，所述阳极进样口和所述阳极出样口间隔设在若干所述流道的外周侧，且所述阳极进样口通过所述阳极进样导流通道与若干所述流道连通，所述阳极出样口通过所述阳极出样导流通道与若干所述流道连通；

所述阴极双极板的所述双极板本体开设有阴极进样口、阴极进样导流通道、阴极出样导流通道和阴极出样口，所述阴极进样口和所述阴极出样口间隔设在若干所述流道的外周侧，且所述阴极进样口通过所述阴极进样导流通道与若干所述流道连通，所述阴极出样口通过所述阴极出样导流通道与若干所述流道连通。

4.根据权利要求3所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述阳极进样口与所述阴极进样口、所述阳极进样导流通道与所述阴极进样导流通道、所述阳极出样导流通道与所述阴极出样导流通道、所述阳极出样口与所述阴极出样口均相对设置。

5.根据权利要求3或4所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：若干所述流道的外周侧设有阻挡部，所述阳极双极板的所述阻挡部与所述阳极进样口相对设置，所述阴极双极板的所述阻挡部与所述阴极进样口相对设置；

所述阳极出样口靠近所述阳极双极板的所述阻挡部设置，所述阴极出样口靠近所述阴极双极板的所述阻挡部设置。

6.根据权利要求3或4所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述流道的深度自“Λ”型三维结构的顶端至尾端逐渐增加，所述阳极进样口和所述阴极进样口靠近若干所述流道的“Λ”型三维结构的顶端设置，所述阳极出样口和所述阴极出样口靠近若干所述流道的“Λ”型三维结构的尾端设置。

7.根据权利要求3或4所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述阳极进样导流通道、所述阴极进样导流通道、所述阳极出样导流通道与所述阴极出样导流通道均为直通道、变截面直通道、蛇形通道、点阵通道中的至少一种。

8.根据权利要求3或4所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述阳极进样导流通道、所述阳极出样导流通道、所述阴极进样导流通道和所述阴极出样导流通道均设有若干条，且均朝向若干所述流道呈发散状设置。

9.根据权利要求1所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述极框开设有若干螺孔，若干所述螺孔间隔设在所述双极板本体的周侧。

10.根据权利要求9所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：所述螺孔和/或所述双极板本体的周侧设有密封结构。

11.根据权利要求1或2所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：沿着所述流道的顶端朝向的方向，若干所述流道平行间隔设有若干排。

12.根据权利要求11所述的电解水制氢用双极板，其特征在于：每排设有至少一个所述流道。